WO1999051338A1 - Multi-metal oxide compounds - Google Patents

Multi-metal oxide compounds Download PDF

Info

Publication number
WO1999051338A1
WO1999051338A1 PCT/EP1999/002082 EP9902082W WO9951338A1 WO 1999051338 A1 WO1999051338 A1 WO 1999051338A1 EP 9902082 W EP9902082 W EP 9902082W WO 9951338 A1 WO9951338 A1 WO 9951338A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
multimetal oxide
oxometalate
antimony
mixture
methacrylic acid
Prior art date
Application number
PCT/EP1999/002082
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Hartmut Hibst
Frank Rosowski
Original Assignee
Basf Aktiengesellschaft
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Basf Aktiengesellschaft filed Critical Basf Aktiengesellschaft
Publication of WO1999051338A1 publication Critical patent/WO1999051338A1/en

Links

Classifications

    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C01INORGANIC CHEMISTRY
    • C01GCOMPOUNDS CONTAINING METALS NOT COVERED BY SUBCLASSES C01D OR C01F
    • C01G30/00Compounds of antimony
    • C01G30/02Antimonates; Antimonites
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01JCHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J23/00Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00
    • B01J23/002Mixed oxides other than spinels, e.g. perovskite
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01JCHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J23/00Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00
    • B01J23/16Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00 of arsenic, antimony, bismuth, vanadium, niobium, tantalum, polonium, chromium, molybdenum, tungsten, manganese, technetium or rhenium
    • B01J23/24Chromium, molybdenum or tungsten
    • B01J23/28Molybdenum
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01JCHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J23/00Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00
    • B01J23/70Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00 of the iron group metals or copper
    • B01J23/76Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00 of the iron group metals or copper combined with metals, oxides or hydroxides provided for in groups B01J23/02 - B01J23/36
    • B01J23/84Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00 of the iron group metals or copper combined with metals, oxides or hydroxides provided for in groups B01J23/02 - B01J23/36 with arsenic, antimony, bismuth, vanadium, niobium, tantalum, polonium, chromium, molybdenum, tungsten, manganese, technetium or rhenium
    • B01J23/85Chromium, molybdenum or tungsten
    • B01J23/88Molybdenum
    • B01J23/887Molybdenum containing in addition other metals, oxides or hydroxides provided for in groups B01J23/02 - B01J23/36
    • B01J23/8877Vanadium, tantalum, niobium or polonium
    • B01J35/19
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C01INORGANIC CHEMISTRY
    • C01GCOMPOUNDS CONTAINING METALS NOT COVERED BY SUBCLASSES C01D OR C01F
    • C01G1/00Methods of preparing compounds of metals not covered by subclasses C01B, C01C, C01D, or C01F, in general
    • C01G1/02Oxides
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C07ORGANIC CHEMISTRY
    • C07CACYCLIC OR CARBOCYCLIC COMPOUNDS
    • C07C51/00Preparation of carboxylic acids or their salts, halides or anhydrides
    • C07C51/16Preparation of carboxylic acids or their salts, halides or anhydrides by oxidation
    • C07C51/21Preparation of carboxylic acids or their salts, halides or anhydrides by oxidation with molecular oxygen
    • C07C51/25Preparation of carboxylic acids or their salts, halides or anhydrides by oxidation with molecular oxygen of unsaturated compounds containing no six-membered aromatic ring
    • C07C51/252Preparation of carboxylic acids or their salts, halides or anhydrides by oxidation with molecular oxygen of unsaturated compounds containing no six-membered aromatic ring of propene, butenes, acrolein or methacrolein
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01JCHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J2523/00Constitutive chemical elements of heterogeneous catalysts
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C01INORGANIC CHEMISTRY
    • C01PINDEXING SCHEME RELATING TO STRUCTURAL AND PHYSICAL ASPECTS OF SOLID INORGANIC COMPOUNDS
    • C01P2004/00Particle morphology
    • C01P2004/80Particles consisting of a mixture of two or more inorganic phases
    • C01P2004/82Particles consisting of a mixture of two or more inorganic phases two phases having the same anion, e.g. both oxidic phases

Definitions

  • the present invention relates to multimetal oxide compositions of the general formula I.
  • A MO12 Xa b Xc Xd S e xl O x ,
  • X 1 phosphorus, arsenic, boron, germanium, and / or silicon, preferably phosphorus,
  • X 2 vanadium, niobium, tungsten, rhenium and / or rhodium, preferably vanadium and / or tungsten,
  • X 3 lithium, sodium, potassium, rubidium, cesium, silver and / or copper, preferably cesium and / or copper,
  • X 4 antimony and / or bismuth, preferably antimony
  • X 5 hydrogen and / or NH 4 ®
  • X 6 copper, zinc, cobalt, iron, cadmium, manganese, magnesium, calcium, strontium and / or barium, preferably copper,
  • a 1 to 6, preferably 1 to 3,
  • b 0 to 6, preferably 0.2 to 4 and particularly preferably 0.5 to 2.5,
  • c 0 to 5, preferably 1 to 3,
  • d 0 to 6, preferably 0 to 3 and particularly preferably 0 to 1.5,
  • g 0.1 to 50, preferably 0.2 to 20 and particularly preferably 0.2 to 5,
  • h 0 to 50, preferably 0 to 20 and particularly preferably 0 to 12,
  • p, q non-zero numbers whose ratio p / q is 1: 0.01 to 1: 5, preferably 1: 0.02 to 1: 3 and particularly preferably 1: 0.04 to 1: 2,
  • the areas A, B being distributed relative to one another as in a finely divided mixture of A and B, with the proviso that at least one separately formed oxometalate B
  • oxometalate B which contain at least part of the antimony in the oxidation state +5, and this at temperatures of 200 to 1200 ° C., preferably Calcined 200 to 850 ° C and particularly preferably 500 to 850 ° C. 3
  • the present invention relates to processes for the preparation of multimetal oxide materials (I) and their use as catalysts for the gas-phase catalytic oxidation of methacrylic acid to methacrylic acid.
  • EP-A 668103 relates to multi-component multimetal oxide compositions, the gross composition of which and the component composition of the components corresponds to that of the multimetal oxide compositions (I) according to the invention. These multimetal oxide materials are described in EP-A 668103 and others. recommended as catalysts for the gas phase catalytic oxidative production of methacrylic acid from methacrolein.
  • the object of the present invention was therefore to provide multimetal oxide compositions which do not have the disadvantages of the multimetal oxide compositions of the prior art. Accordingly, the multimetal oxide materials (I) defined at the outset were found.
  • EP-A 835, DE-C 3 338 380, DE-A 4 220 859 and DE-A 4 307 381 also relate to multi-component multimetal oxide compositions which are suitable as catalysts for the gas-phase catalytic oxidative production of methacrylic acid from methacrolein, but the element composition of the components of these multimetal oxide compositions of the prior art is different from that of the inventive multimetal oxide compositions (I).
  • the large diameter of which d & or d B (longest connecting section through the center of gravity of the area of two points located on the surface (interface) of the area) is> 0 to 200 ⁇ m, preferably 0.1 to 100 ⁇ m.
  • a particularly favorable large diameter range is the range 0.2 to 50 ⁇ m and the range 0.2 to 30 ⁇ m is particularly advantageous.
  • the large diameters can also be 0.1 to 150 ⁇ m or 75 to 125 ⁇ m (the experimental determination of the large diameters allows, for example, microstructure analysis using a scanning electron microscope (SEM)). 4
  • Both the fraction [A] p and the fraction [B] g can be present in the multimetal oxide compositions according to the invention in crystalline and / or amorphous form. This means that both the areas A and the areas B consist essentially of small 5 crystallites, the size of which is typically 0.1 to 10 ⁇ m.
  • Molybdatophosphoric acid (NH) 3 P0 4 (Mo ⁇ 3 ) ⁇ 2 * 4H 2 0) corresponds.
  • the presence of this type of crystal structure can be demonstrated, for example, by the fact that the X-ray diffraction recordings of the multimetal oxide composition (I) according to the invention reflect the diffraction pattern of the ammonium salt
  • the X-ray diffraction fingerprint of the ammonium salt of molybdatophosphoric acid is e.g. published as index card 9-412 of the
  • 25 salts of crystallites containing molybdate phosphoric acid are installed and are then on the surface of these crystallites or in the interstices.
  • 85 to 95% of its weight is used as antimony to produce the multimetal oxide materials.
  • those multimetal oxide compositions according to the invention are preferred whose regions B essentially consist of crystallites which have the trirutile structure type of the ⁇ - and / or ⁇ -copper antimonate CuSb 2 ⁇ 6 .
  • regions B essentially consist of crystallites which have the trirutile structure type of the ⁇ - and / or ⁇ -copper antimonate CuSb 2 ⁇ 6 .
  • ⁇ -CuSb 2 0 6 crystallizes in one
  • Areas B are preferred which contain the pyrochloric structure of the mineral Partzite, a copper-antimony oxide hydroxide with the variable composition Cu y Sb 2-2 (0, OH, H 2 0) 6-7 (y ⁇ 2, 0 ⁇ x ⁇ 1) (B. Mason et al., Mineral. Mag. 30 (1953) 100-112 or comparison diagram in index card 7-303 of the JCPDS-ICDD index
  • regions B can consist of crystallites which structure the copper antimonate Cuo, Sb 4 Oi 9 (S. Shimada et al., Chem. Lett. 1983, 1875-1876 or S. Shimada et al., Thermochim. Acta 133 (1988) 73-77 or comparative diagram in index card 45-54 of the JCPDS-ICDD index) and / or the structure of CuSb0 4 , s (S. Shimada et al., Thermochim. Acta 56 (1982) 73-82 or S Shimada et al., Thermochim. Acta 133 (1988) 73-77 or comparison diagram in index card 36-1106 of the JCPDS-ICDD index).
  • the multimetal oxide compositions (I) according to the invention are easily e.g. obtainable by first preparing oxometalates B,
  • the oxometalates B can be prepared by preparing a preferably intimate, expediently finely divided, dry mixture from suitable sources of their elemental constituents, and this at temperatures of 200 to 1200 ° C., preferably 200 to 850 ° C., particularly preferably 500 to 850 ° C calcined (usually a few minutes to several hours).
  • oxometalates B * At least a part of the oxometalates B of the starting mass 1 (hereinafter this part is called oxometalates B *) can be obtained by the fact that suitable sources of the elemental constituents of the oxometalate B, the least a part of the antimony in the Contain oxidation level +5, a preferably intimate, expediently finely divided, dry mixture is prepared and this is calcined at temperatures of 200 to 1200 ° C, preferably 200 to 850 ° C, particularly preferably 500 to 850 ° C (usually a few minutes to several Hours).
  • the calcination of the precursors of oxometalates B can generally be carried out under inert gas, but also under a mixture of inert gas and oxygen, such as air, or even under pure oxygen. Calcination under a reducing atmosphere is also possible. As a rule, the required calcination time decreases with increasing calcination temperature.
  • the proportion of the oxometalates B * in the finely divided starting mass 1 is advantageously at least 10, better at least 20, often at least 30 or at least 40, preferably at least 50, more preferably at least 60, particularly preferably at least 70 or at least 80, often at least 90 or 95 and very particularly preferably 100% by weight, based on the starting mass 1.
  • Oxometalates B * are obtainable, for example, by the preparation methods described in detail in DE-A 2 407 677. Among these, the procedure is preferred in which antimony trioxide and / or Sb0 4 in aqueous 6
  • oxides 25 of oxygen, can be converted into oxides.
  • halides, nitrates, formates, oxalates, acetates, carbonates and / or hydroxides are therefore particularly suitable as starting compounds (compounds such as NH 4 OH, NH 4 CHO 2 , CH 3 COOH, NH 4 CH 3 CO 2 or ammonium oxalate to be gasified at the latest during the later calcination
  • the intimate mixing of the starting compounds can also be carried out in dry or wet form for the preparation of oxometalates B. If it is in dry form, the initial
  • the intimate mixing is preferably carried out in wet form.
  • the starting compounds are mixed together in the form of an aqueous solution and / or suspension. After the mixing process is complete, the fluid mass is dried and
  • drying is preferably carried out by spray drying.
  • the oxometalates B, B * can be comminuted again (for example by wet or dry milling, for example in a ball mill or by jet milling) and from the powder, which often consists of essentially 5 spherical particles, the grain size with a in the large diameter range desired for the multimetal oxide (I) according to the invention (in the 7
  • a preferred method of producing oxometalates B * of the general formula Cu ⁇ Sb g H h O y consists in first dissolving antimony trioxide and / or Sb 2 ⁇ 4 in an aqueous medium using hydrogen peroxide in a, preferably finely divided, Sb (V) compound, eg Sb (V ) Oxide hydroxide hydrate, to transfer the resulting aqueous suspension with Cu carbonate (which may have the composition Cu (OH) 2 CO 3 , for example), the introduced Cu carbonate by adding ammonia (for example as an aqueous solution) to solve, to dry the resulting aqueous mixture, for example spray-drying as described, and to calcine the powder obtained, if appropriate after subsequent kneading with water and subsequent extrusion and drying, as described.
  • the ammonia required to dissolve the Cu carbonate can also be added partially and / or completely before or together with the introduction of the Cu carbonate.
  • oxometalates B different from oxometalates B *, it proves to be particularly advantageous to start from an aqueous antimony trioxide suspension and to dissolve the X 6 elements therein as nitrate and / or acetate, to spray-dry the resulting aqueous mixture as described and then to do so calcine the resulting powder as described.
  • starting mass 2 is usually not precalcined. If the initial mass 2 is pre-calcined, the calcination is expediently carried out at 150 to 450 ° C (under inert gas or inert gas with oxygen, e.g. air).
  • Particularly suitable starting compounds are:
  • Nb ammonium nioboxalate or ammonium niobate
  • Alkali metals alkali metal nitrates
  • Cu copper nitrate
  • the starting mass 1 and the starting mass 2 are then mixed with one another in the desired quantitative ratio, wet or dry (preferably dry), the mixture is shaped and then calcined at temperatures from 150 to 450 ° C. for several hours.
  • the calcination can be carried out under inert gas, but also under a mixture of inert gas and oxygen, e.g. Air.
  • Forming the mixture of starting mass 1 and starting mass 2 can e.g. by compression (e.g. tabletting, extrusion or extrusion), whereby lubricants such as graphite or stearic acid as well as molding aids and reinforcing agents such as microfibers made of glass, asbestos, silicon carbide or potassium titanate can be added.
  • the compression takes place immediately to the desired catalyst geometry, hollow cylinders with an outer diameter and a length of 2 to 10 mm and a wall thickness of 1 to 3 mm being preferred as such.
  • the mixture of the starting mass 1 and the starting mass 2 can be formed both before and after the calcination. This can e.g. also be carried out in such a way that the mixture is comminuted after the calcination and applied to inert supports for the preparation of coated catalysts.
  • the application can also take place before the final calcination. In this case, the application is preferably carried out in accordance with EP-B 293 859.
  • the multimetal oxide compositions (I) according to the invention can also be used in powder form.
  • the multimetal oxide compositions (I) according to the invention are particularly suitable as catalysts with increased selectivity for a given conversion and increased activity for the gas-phase catalytically oxidative production of methacrylic acid from methacrolein.
  • the catalytic gas phase oxidation of methacrolein to methacrylic acid using the catalysts according to the invention can be carried out in a manner known per se, e.g. shown in DE-A 40 22 212, done.
  • the oxidizing agent oxygen can e.g. in the form of air, but also in pure form.
  • the reactants are preferably diluted with inert gas such as N 2 , CO 2 , saturated hydrocarbons and / or with water vapor.
  • inert gas such as N 2 , CO 2 , saturated hydrocarbons and / or with water vapor.
  • methacrolein oxygen: water vapor: inert gas ratio of 1: (1 to 3): (2 to 20): (3 to 30), particularly preferably 1: (1 to 3): (3 to 10 ): (7 to 18) worked.
  • the methacrolein used can have been obtained in various ways, e.g. by gas phase oxidation of isobutene, tert. -Butanol or the methyl ether of tert-butanol. It is advantageous to use methacrolein, which can be obtained by condensation of propanol with formaldehyde in the presence of secondary amines and acids in the liquid phase in accordance with the processes described in DE-PS 875 114 or DE-AS 28 55 514.
  • the gas phase oxidation can be carried out both in fluidized bed reactors and in fixed bed reactors. It is preferably carried out in tube bundle reactors in the tubes of which the catalyst mass, preferably in the form of cylindrically shaped particles, is fixedly arranged.
  • the reaction temperature is usually 250 to 350 ° C
  • the reaction pressure is usually in the range of 1 to 3 bar
  • the total space load is preferably 800 to 1800 Nl / l / h.
  • the methacrolein conversion in a single reactor pass is usually 60 to 90 mol%.
  • the compositions according to the invention retain their properties essentially unchanged over an extended period of operation.
  • compositions I according to the invention are also able to catalyze the gas phase catalytic oxidation and ammoxidation of other saturated, unsaturated and aromatic hydrocarbons, alcohols, aldehydes and amines.
  • turnover, selectivity and retention time are defined in this document as follows:
  • Methacrylic acid formation Total number of moles of methacrolein implemented
  • Air is gradually heated up to 150 ° C within 1 h, then to 200 ° C within 4 h, then to 300 ° C within 2 h and finally to 400 ° C within 2 h.
  • the powder was then heated to 900 ° C. in the course of 48 h while passing 20 l / h of air and finally cooled to room temperature.
  • the resulting comparison starting mass had the stoichiometry CuSb 2 Og.
  • the hollow cylinders were calcined in an air-circulating air oven as follows (500 Nl / h air per kg hollow cylinder): First, starting from 25 ° C, the heating rate was 4 ° C / h to 270 ° C. The temperature was then increased to 400 ° C. at a heating rate of 2 ° C./h and this temperature was maintained for 5 hours.
  • starting mass 1 (b) were used instead of comparative starting mass 1 (a).
  • the catalysts were placed in a tubular reactor (10 mm inside diameter, 75 g catalyst bed, salt bath temperature) and at reaction temperatures in the range from 290 to 310 ° C. using a residence time of 3.6 seconds with a gaseous mixture of the composition 14
  • the salt bath temperature was adjusted in all cases so that a uniform methacrylic acid conversion U of about 63.0% resulted.
  • a lower salt bath temperature shows an increased catalyst activity.
  • the product gas mixture flowing out of the tubular reactor was analyzed by gas chromatography. The results for the selectivity S of methacrylic acid formation using the various catalysts are shown in the table below.

Abstract

The invention relates to multi-metal oxide compounds with a 2-component structure, containing molybdenum, hydrogen, one or more of the elements phosphor, arsenic, boron, germanium and silicon, one or more of the elements copper, zinc, cobalt and iron, and the element antimony. The invention also relates to the use of said compounds for producing methacrylic acid by means of a gas phase catalytic oxidation process.

Description

Multimetalloxidmassen Multimetal oxide materials
Beschreibungdescription
Die vorliegende Erfindung betrifft Multimetalloxidmassen der allgemeinen Formel IThe present invention relates to multimetal oxide compositions of the general formula I.
[A]p [B]q (I) ,[A] p [B] q (I),
in der die Variablen nachfolgende Bedeutung haben:in which the variables have the following meaning:
A = MO12 Xa b Xc Xd Se xl Ox,A = MO12 Xa b Xc Xd S e xl O x ,
B = Xi Sbg Hh Oy B = Xi Sb g H h O y
X1 = Phosphor, Arsen, Bor, Germanium, und/oder Silicium, vorzugsweise Phosphor,X 1 = phosphorus, arsenic, boron, germanium, and / or silicon, preferably phosphorus,
X2 = Vanadium, Niob, Wolfram, Rhenium und/oder Rhodium, vorzugsweise Vanadium und/oder Wolfram,X 2 = vanadium, niobium, tungsten, rhenium and / or rhodium, preferably vanadium and / or tungsten,
X3 = Lithium, Natrium, Kalium, Rubidium, Caesium, Silber und/ oder Kupfer, bevorzugt Caesium und/oder Kupfer,X 3 = lithium, sodium, potassium, rubidium, cesium, silver and / or copper, preferably cesium and / or copper,
X4 = Antimon und/oder Wismut, vorzugsweise Antimon,X 4 = antimony and / or bismuth, preferably antimony,
X5 = Wasserstoff und/oder NH4® ,X 5 = hydrogen and / or NH 4 ®,
X6 = Kupfer, Zink, Kobalt, Eisen, Cadmium, Mangan, Magnesium, Calcium, Strontium und/oder Barium, vorzugsweise Kupfer,X 6 = copper, zinc, cobalt, iron, cadmium, manganese, magnesium, calcium, strontium and / or barium, preferably copper,
a = 1 bis 6, vorzugsweise 1 bis 3,a = 1 to 6, preferably 1 to 3,
b = 0 bis 6, vorzugsweise 0,2 bis 4 und besonders bevorzugt 0,5 bis 2,5,b = 0 to 6, preferably 0.2 to 4 and particularly preferably 0.5 to 2.5,
c = 0 bis 5, vorzugsweise 1 bis 3,c = 0 to 5, preferably 1 to 3,
d = 0 bis 6, vorzugsweise 0 bis 3 und besonders bevorzugt 0 bis 1,5,d = 0 to 6, preferably 0 to 3 and particularly preferably 0 to 1.5,
Figure imgf000003_0001
e = 0 bis 3, vorzugsweise 0 bis 1, 2 f = 0 bis 20, vorzugsweise 0 bis 10 und besonders bevorzugt 0 bis 5,
Figure imgf000003_0001
e = 0 to 3, preferably 0 to 1, 2 f = 0 to 20, preferably 0 to 10 and particularly preferably 0 to 5,
g = 0,1 bis 50, vorzugsweise 0,2 bis 20 und besonders bevor- zugt 0,2 bis 5,g = 0.1 to 50, preferably 0.2 to 20 and particularly preferably 0.2 to 5,
h = 0 bis 50, vorzugsweise 0 bis 20 und besonders bevorzugt 0 bis 12,h = 0 to 50, preferably 0 to 20 and particularly preferably 0 to 12,
x,y = Zahlen, die durch die Wertigkeit und Häufigkeit der von Sauerstoff verschiedenen Elemente in (I) bestimmt werdenx, y = numbers that are determined by the valency and frequency of the elements other than oxygen in (I)
undand
p,q = von Null verschiedene Zahlen, deren Verhältnis p/q 1:0,01 bis 1:5, vorzugsweise 1:0,02 bis 1:3 und besonders bevorzugt 1:0,04 bis 1:2 beträgt,p, q = non-zero numbers whose ratio p / q is 1: 0.01 to 1: 5, preferably 1: 0.02 to 1: 3 and particularly preferably 1: 0.04 to 1: 2,
die den Anteil [A] p in Form dreidimensional ausgedehnter Bereiche A der chemischen Zusammensetzungwhich the portion [A] p in the form of three-dimensionally extended areas A of the chemical composition
A: M012 Xa Xb C d Se X^ Ox A: M012 Xa Xb C d S e X ^ O x
und den Anteil [B] q in Form dreidimensional ausgedehnter Bereiche B der chemischen Zusammensetzungand the proportion [B] q in the form of three-dimensionally extended regions B of the chemical composition
66
B: Xi Sbg Hh Oy B: Xi Sb g H h O y
enthalten, wobei die Bereiche A,B relativ zueinander wie in einem feinteiligen Gemisch aus A und B verteilt sind, mit der Maßgabe, daß zur Herstellung der Multimetalloxidmasse (I) wenigstens ein getrennt vorgebildetes Oxometallat Bincluded, the areas A, B being distributed relative to one another as in a finely divided mixture of A and B, with the proviso that at least one separately formed oxometalate B
66
Xl Sbg Hh Oy X l Sb g H h O y
mitverwendet wird, das dadurch erhältlich ist, daß man von geei- gneten Quellen der elementaren Konstituenten des Oxometallats B, die wenigstens einen Teil des Antimons in der Oxidationsstufe +5 enthalten, ein Trockengemisch herstellt und dieses bei Temperaturen von 200 bis 1200°C, vorzugsweise 200 bis 850°C und besonders bevorzugt 500 bis 850°C calciniert. 3is used, which is obtainable by preparing a dry mixture from suitable sources of the elemental constituents of oxometalate B, which contain at least part of the antimony in the oxidation state +5, and this at temperatures of 200 to 1200 ° C., preferably Calcined 200 to 850 ° C and particularly preferably 500 to 850 ° C. 3
Außerdem betrifft vorliegende Erfindung Verfahren zur Herstellung von Multimetalloxidmassen (I) sowie deren Verwendung als Katalysatoren für die gasphasenkatalytische Oxidation von Meth- acrolein zu Methacrylsäure.In addition, the present invention relates to processes for the preparation of multimetal oxide materials (I) and their use as catalysts for the gas-phase catalytic oxidation of methacrylic acid to methacrylic acid.
Die EP-A 668103 betrifft mehrkomponentig aufgebaute Multimetalloxidmassen, deren Element-Bruttozusammensetzung und deren Elementzusammensetzung der Komponenten derjenigen der erfindungs- gemäßen Multimetalloxidmassen (I) entspricht. Diese Multimetall- oxidmassen werden in der EP-A 668103 u.a. als Katalysatoren für die gasphasenkatalytisch oxidative Herstellung von Methacrylsäure aus Methacrolein empfohlen. Nachteilig an den Multimetalloxidmassen des Standes der Technik ist jedoch, daß sowohl ihre Aktivität als auch die Selektivität der Methacrylsäurebildung bei vorgegebenem Umsatz nicht voll zu befriedigen vermag.EP-A 668103 relates to multi-component multimetal oxide compositions, the gross composition of which and the component composition of the components corresponds to that of the multimetal oxide compositions (I) according to the invention. These multimetal oxide materials are described in EP-A 668103 and others. recommended as catalysts for the gas phase catalytic oxidative production of methacrylic acid from methacrolein. A disadvantage of the multimetal oxide compositions of the prior art, however, is that both their activity and the selectivity of methacrylic acid formation are not fully satisfactory for a given conversion.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung war es daher, Multimetalloxidmassen zur Verfügung zu stellen, die die Nachteile der Multimetalloxidmassen des Standes der Technik nicht aufweisen. Demgemäß wurden die eingangs definierten Multimetalloxidmassen (I) gefunden.The object of the present invention was therefore to provide multimetal oxide compositions which do not have the disadvantages of the multimetal oxide compositions of the prior art. Accordingly, the multimetal oxide materials (I) defined at the outset were found.
Die EP-A 835, die DE-C 3 338 380, die DE-A 4 220 859 und die DE-A 4 307 381 betreffen ebenfalls als Katalysatoren für die gas- phasenkatalytisch oxidative Herstellung von Methacrylsäure aus Methacrolein geeignete mehrkomponentig aufgebaute Multimetalloxidmassen, jedoch ist die Elementzusammensetzung der Komponenten dieser Multimetalloxidmassen des Standes der Technik von derjenigen der erfindungsgemäßen Multimetalloxidmassen (I) ver- schieden.EP-A 835, DE-C 3 338 380, DE-A 4 220 859 and DE-A 4 307 381 also relate to multi-component multimetal oxide compositions which are suitable as catalysts for the gas-phase catalytic oxidative production of methacrylic acid from methacrolein, but the element composition of the components of these multimetal oxide compositions of the prior art is different from that of the inventive multimetal oxide compositions (I).
Erfindungsgemäß ist es von Vorteil, wenn wenigstens einer der beiden Anteile [AJp, [B] q der erfindungsgemäßen Multimetalloxidmassen (I) in den letzteren in Form dreidimensional ausgedehnter Bereiche der chemischen Zusammensetzung A bzw. B enthalten ist, deren Großtdurchmesser d& bzw. dB (längste durch den Schwerpunkt des Bereichs gehende Verbindungsstrecke zweier auf der Oberfläche (Grenzfläche) des Bereichs befindlicher Punkte) > 0 bis 200 um, vorzugsweise 0,1 bis 100 μm, beträgt. Ein besonders günstiger Großtdurchmesserbereich ist der Bereich 0,2 bis 50 μm und ganz besonders vorteilhaft ist der Bereich 0,2 bis 30 μm. Selbstverständlich können die Großtdurchmesser aber auch 0,1 bis 150 μm oder 75 bis 125 μm betragen (die experimentelle Ermittlung der Größtdurch- messer gestattet z.B. eine Mikrostrukturanalyse mittels eines Rasterelektronenmikroskops (REM) ) . 4 According to the invention, it is advantageous if at least one of the two portions [A Jp , [B] q of the multimetal oxide compositions (I) according to the invention is contained in the latter in the form of three-dimensionally extended regions of the chemical composition A or B, the large diameter of which d & or d B (longest connecting section through the center of gravity of the area of two points located on the surface (interface) of the area) is> 0 to 200 μm, preferably 0.1 to 100 μm. A particularly favorable large diameter range is the range 0.2 to 50 μm and the range 0.2 to 30 μm is particularly advantageous. Of course, the large diameters can also be 0.1 to 150 μm or 75 to 125 μm (the experimental determination of the large diameters allows, for example, microstructure analysis using a scanning electron microscope (SEM)). 4
Sowohl der Anteil [A]p als auch der Anteil [B]g kann in den erfindungsgemäßen Multimetalloxidmassen in kristalliner und/oder amorpher Form vorliegen. Das heißt, häufig bestehen sowohl die Bereiche A als auch die Bereiche B im wesentlichen aus kleinen 5 Kristalliten, deren Größtausdehnung in typischer Weise 0,1 bis 10 μm beträgt.Both the fraction [A] p and the fraction [B] g can be present in the multimetal oxide compositions according to the invention in crystalline and / or amorphous form. This means that both the areas A and the areas B consist essentially of small 5 crystallites, the size of which is typically 0.1 to 10 μm.
Von besonders günstiger Beschaffenheit sind solche Multimetalloxidmassen, deren Bereich A im wesentlichen aus KristallitenThose multimetal oxide materials whose area A consists essentially of crystallites are of particularly favorable nature
10 bestehen, deren Strukturtyp demjenigen des Ammoniumsalzes der10 exist, the structure type of that of the ammonium salt
Molybdatophosphorsäure ((NH )3 P04 (Moθ32 * 4H20) entspricht. Das Vorhandensein dieses Kristallstrukturtyps läßt sich z.B. dadurch nachweisen, daß die Röntgenbeugungsaufnähme der erfindungsgemäßen Multimetalloxidmasse (I) das Beugungsmuster des AmmoniumsalzesMolybdatophosphoric acid ((NH) 3 P0 4 (Moθ 3 ) ι 2 * 4H 2 0) corresponds. The presence of this type of crystal structure can be demonstrated, for example, by the fact that the X-ray diffraction recordings of the multimetal oxide composition (I) according to the invention reflect the diffraction pattern of the ammonium salt
15 der Molybdatophosphorsäure (Fingerabdruck) enthält, wobei je nach Elementzusammensetzung geringe Unterschiede bezüglich der Intensitäten und der Lage der Beugungslinien möglich sind. Der Röntgenbeugungsfingerabdruck des Ammoniumsalzes der Molybdatophosphorsäure ist z.B. veröffentlicht als Karteikarte 9-412 der15 contains the molybdatophosphoric acid (fingerprint), with slight differences in the intensities and the position of the diffraction lines being possible, depending on the element composition. The X-ray diffraction fingerprint of the ammonium salt of molybdatophosphoric acid is e.g. published as index card 9-412 of the
20 JCPDS-ICDD Kartei (1991), die dem Fachmann bekannt und allgemein zugänglich ist. Eine andere Quelle ist Natl.-Bur. Stand. (U. S. ) , Circ. 539, 810 (1959). Umfaßt der Anteil [A]p das Element Antimon, wird dieses im Unterschied zu den übrigen möglichen Konstituenten dieses Anteils oft nicht in die den Strukturtyp des Ammonium-20 JCPDS-ICDD card index (1991), which is known to the person skilled in the art and is generally accessible. Another source is Natl.-Bur. Stand. (US), Circ. 539, 810 (1959). If the fraction [A] p comprises the element antimony, in contrast to the other possible constituents of this fraction, this is often not broken down into the structure type of ammonium
25 salzes der Molybdatophosphorsäure aufweisenden Kristallite eingebaut und befindet sich dann an der Oberfläche dieser Kristallite bzw. in den Zwischenräumen. In der Regel ist es von Vorteil, wenn zur Herstellung der Multimetalloxidmassen das Antimon zu 85 bis 95 % seines Gewichtes als Senarmontit eingesetzt wird.25 salts of crystallites containing molybdate phosphoric acid are installed and are then on the surface of these crystallites or in the interstices. As a rule, it is advantageous if 85 to 95% of its weight is used as antimony to produce the multimetal oxide materials.
3030
Insbesondere sind solche erfindungsgemäßen Multimetalloxidmassen bevorzugt, deren Bereiche B im wesentlichen aus Kristalliten bestehen, die den Trirutil-Strukturtyp des α- und/oder ß-Kupfer- antimonats CuSb2θ6 aufweisen. α-CuSb206 kristallisiert in einerIn particular, those multimetal oxide compositions according to the invention are preferred whose regions B essentially consist of crystallites which have the trirutile structure type of the α- and / or β-copper antimonate CuSb 2 θ 6 . α-CuSb 2 0 6 crystallizes in one
35 tetragonalen Trirutil-Struktur (E.-O. Giere et al., J. Solid35 tetragonal trirutile structure (E.-O. Giere et al., J. Solid
State Chem. 131 (1997) 263-274), während ß-CuSb206 eine monoklin verzerrte Trirutil -Struktur aufweist (A. Nakua et al . , J. Solid State Chem. 91 (1991) 105-112 oder Vergleichsdiffraktogramm in Karteikarte 17-284 in der JCPDS-ICDD-Kartei 1989). Darüber hinausState Chem. 131 (1997) 263-274), while β-CuSb 2 0 6 has a monoclinically distorted trirutile structure (A. Nakua et al., J. Solid State Chem. 91 (1991) 105-112 or comparative diffractogram in Index 17-284 in the 1989 JCPDS-ICDD index). Furthermore
40 werden Bereiche B bevorzugt, die die Pyrochlore- Struktur des Minerals Partzite, eines Kupfer-Antimon-Oxid-Hydroxyds mit der variablen Zusammensetzung CuySb2-χ(0, OH, H20)6-7(y < 2,0 < x < 1) aufweisen (B. Mason et al . , Mineral. Mag. 30 (1953) 100-112 oder Vergleichsdiagramm in Karteikarte 7-303 der JCPDS-ICDD-KarteiAreas B are preferred which contain the pyrochloric structure of the mineral Partzite, a copper-antimony oxide hydroxide with the variable composition Cu y Sb 2-2 (0, OH, H 2 0) 6-7 (y <2, 0 <x <1) (B. Mason et al., Mineral. Mag. 30 (1953) 100-112 or comparison diagram in index card 7-303 of the JCPDS-ICDD index
45 1996) . 545 1996). 5
Des weiteren können die Bereiche B aus Kristalliten bestehen, die die Struktur des Kupferantimonats Cuo,Sb4Oi9 (S. Shimada et al . , Chem. Lett. 1983, 1875-1876 oder S. Shimada et al., Thermochim. Acta 133 (1988) 73-77 oder Vergleichsdiagramm in Karteikarte 45-54 der JCPDS-ICDD-Kartei) und/oder die Struktur von CuSb04,s (S. Shimada et al., Thermochim. Acta 56 (1982) 73-82 oder S. Shimada et al., Thermochim. Acta 133 (1988) 73-77 oder Vergleichsdiagramm in Karteikarte 36-1106 der JCPDS-ICDD-Kartei) aufweisen.Furthermore, regions B can consist of crystallites which structure the copper antimonate Cuo, Sb 4 Oi 9 (S. Shimada et al., Chem. Lett. 1983, 1875-1876 or S. Shimada et al., Thermochim. Acta 133 (1988) 73-77 or comparative diagram in index card 45-54 of the JCPDS-ICDD index) and / or the structure of CuSb0 4 , s (S. Shimada et al., Thermochim. Acta 56 (1982) 73-82 or S Shimada et al., Thermochim. Acta 133 (1988) 73-77 or comparison diagram in index card 36-1106 of the JCPDS-ICDD index).
Die erfindungsgemäßen Multimetalloxidmassen (I) sind in einfacher Weise z.B. dadurch erhältlich, daß man zunächst Oxometallate B,The multimetal oxide compositions (I) according to the invention are easily e.g. obtainable by first preparing oxometalates B,
6 χι Sbg Hh Oy,6 S ι Sbg H h O y ,
in feinteiliger Form als Ausgangsmasse 1 getrennt vorbildet. Die Oxometallate B können dadurch hergestellt werden, daß man von geeigneten Quellen ihrer elementaren Konstituenten ein Vorzugs - weise inniges, zweckmäßigerweise feinteiliges, Trockengemisch herstellt und dieses bei Temperaturen von 200 bis 1200°C, vorzugsweise 200 bis 850°C, besonders bevorzugt 500 bis 850°C calciniert (in der Regel einige Minuten bis mehrere Stunden) . Erfindungs- wesentlich ist nur, daß wenigsten ein Teil der Oxometallate B der Ausgangsmasse 1 (nachfolgend wird dieser Teil Oxometallate B* genannt) dadurch erhältlich ist, daß man von geeigneten Quellen der elementaren Konstituenten des Oxometallats B, die wenigsten einen Teil des Antimons in der Oxidationsstufe +5 enthalten, ein vorzugsweise inniges, zweckmäßigerweise feinteiliges , Trocken- gemisch herstellt und dieses bei Temperaturen von 200 bis 1200°C, vorzugsweise 200 bis 850°C, besonders bevorzugt 500 bis 850°C calciniert (in der Regel einige Minuten bis mehrere Stunden) . Die Calcination der Vorläufer der Oxometallate B kann generell unter Inertgas, aber auch unter einem Gemisch aus Inertgas und Sauer- Stoff wie z.B. Luft oder auch unter reinem Sauerstoff erfolgen. Eine Calcination unter einer reduzierenden Atmosphäre ist auch möglich. In der Regel nimmt die erforderliche Calcinationsdauer mit zunehmender Calcinierungstemperatur ab. Mit Vorteil beträgt der Anteil der Oxometallate B* an der feinteiligen Ausgangsmasse 1 wenigstens 10, besser wenigstens 20, häufig wenigstens 30 oder wenigstens 40, bevorzugt wenigstens 50, noch besser wenigstens 60, besonders bevorzugt wenigstens 70 oder wenigstens 80, häufig wenigstens 90 oder 95 und ganz besonders bevorzugt 100 Gew. -%, bezogen auf die Ausgangsmasse 1. Oxometallate B* sind z.B. nach den in der DE-A 2 407 677 ausführlich beschriebenen Herstell - weisen erhältlich. Unter diesen ist diejenige Verfahrensweise bevorzugt, bei der man Antimontrioxid und/oder Sb04 in wäßrigem 6separately formed as a starting mass 1 in finely divided form. The oxometalates B can be prepared by preparing a preferably intimate, expediently finely divided, dry mixture from suitable sources of their elemental constituents, and this at temperatures of 200 to 1200 ° C., preferably 200 to 850 ° C., particularly preferably 500 to 850 ° C calcined (usually a few minutes to several hours). It is only essential to the invention that at least a part of the oxometalates B of the starting mass 1 (hereinafter this part is called oxometalates B *) can be obtained by the fact that suitable sources of the elemental constituents of the oxometalate B, the least a part of the antimony in the Contain oxidation level +5, a preferably intimate, expediently finely divided, dry mixture is prepared and this is calcined at temperatures of 200 to 1200 ° C, preferably 200 to 850 ° C, particularly preferably 500 to 850 ° C (usually a few minutes to several Hours). The calcination of the precursors of oxometalates B can generally be carried out under inert gas, but also under a mixture of inert gas and oxygen, such as air, or even under pure oxygen. Calcination under a reducing atmosphere is also possible. As a rule, the required calcination time decreases with increasing calcination temperature. The proportion of the oxometalates B * in the finely divided starting mass 1 is advantageously at least 10, better at least 20, often at least 30 or at least 40, preferably at least 50, more preferably at least 60, particularly preferably at least 70 or at least 80, often at least 90 or 95 and very particularly preferably 100% by weight, based on the starting mass 1. Oxometalates B * are obtainable, for example, by the preparation methods described in detail in DE-A 2 407 677. Among these, the procedure is preferred in which antimony trioxide and / or Sb0 4 in aqueous 6
Medium mittels Wasserstoffperoxid in einer Menge, die der stöchiometrischen gleich ist oder diese übersteigt, bei Temperaturen zwischen 40 und 100°C zu Antimon (V) -Oxidhydroxidhydrat oxidiert, bereits vor dieser Oxidation, während dieser Oxidation 5 und/oder nach dieser Oxidation wäßrige Lösungen und/oder Suspensionen von geeigneten Ausgangsverbindungen der übrigen elementaren Konstituenten des Oxometallats B* zusetzt, anschließend das resultierende wäßrige Gemisch trocknet (vorzugsweise sprühtrocknet (Eingangstemperatur: 250 bis 600°C, Ausgangstemperatur: 80 bisMedium oxidized by means of hydrogen peroxide in an amount which is equal to or exceeds the stoichiometric at temperatures between 40 and 100 ° C to antimony (V) oxide hydroxide hydrate, even before this oxidation, during this oxidation 5 and / or after this oxidation aqueous solutions and / or suspensions of suitable starting compounds of the other elemental constituents of oxometallate B * are added, then the resulting aqueous mixture dries (preferably spray-dried (inlet temperature: 250 to 600 ° C., outlet temperature: 80 to
10 130°C) ) und danach das innige Trockengemisch wie beschrieben calciniert. Bei dem wie eben beschriebenen Verfahren kann man z.B. wäßrige Wasserstoffperoxidlösungen mit einem H202-Gehalt von 5 bis 33 Gew. -% oder mehr verwenden. Eine nachträgliche Zugabe von geeigneten AusgangsVerbindungen der übrigen elementaren Kon-10 130 ° C)) and then calcined the intimate dry mixture as described. In the process as just described can be, for example, aqueous hydrogen peroxide solutions with a H 2 0 2 content of 5 to 33 weight -.% Or more of use. A subsequent addition of suitable starting compounds of the other elementary contacts
15 stituenten des Oxometallats B* ist vor allem dann zu empfehlen, wenn diese das Wasserstoffperoxid katalytisch zu zersetzen vermögen. Selbstverständlich könnte man aber auch das Antimon (V) -Oxid- hydroxidhydrat aus dem wäßrigen Medium isolieren und z.B. trocken mit geeigneten feinteiligen Ausgangsverbindungen der übrigen ele-15 stituents of oxometallate B * are particularly recommended if they can catalytically decompose the hydrogen peroxide. Of course, one could also isolate the antimony (V) oxide hydroxide hydrate from the aqueous medium and e.g. dry with suitable fine-particle starting compounds of the other ele-
20 mentaren Konstituenten des Oxometallats B* innig vermischen und anschließend dieses innige Gemisch wie beschrieben calcinieren. Wesentlich ist, daß es sich bei den Elementquellen der Oxometallate B, B* entweder bereits um Oxide handelt, oder um solche Verbindungen, die durch Erhitzen, gegebenenfalls in AnwesenheitMix 20 mental constituents of the oxometalate B * intimately and then calcine this intimate mixture as described. It is essential that the element sources of the oxometalates B, B * are either already oxides, or those compounds which are obtained by heating, if appropriate in the presence
25 von Sauerstoff, in Oxide überführbar sind. Neben den Oxiden kommen daher als Ausgangsverbindungen vor allem Halogenide, Nitrate, Formiate, Oxalate, Acetate, Carbonate und/oder Hydroxide in Betracht (Verbindungen wie NH4OH, NH4CHθ2,CH3COOH, NH4CH3C02 oder Ammoniumoxalat, die spätestens beim späteren Calcinieren zu gas-25 of oxygen, can be converted into oxides. In addition to the oxides, halides, nitrates, formates, oxalates, acetates, carbonates and / or hydroxides are therefore particularly suitable as starting compounds (compounds such as NH 4 OH, NH 4 CHO 2 , CH 3 COOH, NH 4 CH 3 CO 2 or ammonium oxalate to be gasified at the latest during the later calcination
30 för ig entweichenden Verbindungen zerfallen und/oder zersetzt werden können, können zusätzlich eingearbeitet werden) . Generell kann auch zur Herstellung von Oxometallaten B das innige Vermischen der Ausgangsverbindungen in trockener oder in nasser Form erfolgen. Erfolgt es in trockener Form, werden die Ausgangs-30 permanently escaping connections can disintegrate and / or be decomposed can also be incorporated). In general, the intimate mixing of the starting compounds can also be carried out in dry or wet form for the preparation of oxometalates B. If it is in dry form, the initial
35 Verbindungen zweckmäßigerweise als feinteilige Pulver eingesetzt. Vorzugsweise erfolgt das innige Vermischen jedoch in nasser Form. Üblicherweise werden die Ausgangsverbindungen dabei in Form einer wäßrigen Lösung und/oder Suspension miteinander vermischt. Nach Abschluß des Mischvorgangs wird die fluide Masse getrocknet und35 compounds expediently used as finely divided powders. However, the intimate mixing is preferably carried out in wet form. Usually, the starting compounds are mixed together in the form of an aqueous solution and / or suspension. After the mixing process is complete, the fluid mass is dried and
40 nach Trocknung calciniert. Vorzugsweise erfolgt auch hier die Trocknung durch Sprühtrocknung. Nach erfolgter Calcinierung können die Oxometallate B, B* nochmals zerkleinert (z.B. durch Naß- oder Trockenmahlen, z.B. in der Kugelmühle oder durch Strahl - mahlen) und aus dem dabei erhältlichen,häufig aus im wesentlichen 5 kugelförmigen Partikeln bestehenden, Pulver die Kornklasse mit einem im für das erfindungsgemäße Multimetalloxid (I) gewünschten Großtdurchmesserbereich liegenden Korngrößtdurchmesser (in der 740 calcined after drying. Here, too, drying is preferably carried out by spray drying. After calcination, the oxometalates B, B * can be comminuted again (for example by wet or dry milling, for example in a ball mill or by jet milling) and from the powder, which often consists of essentially 5 spherical particles, the grain size with a in the large diameter range desired for the multimetal oxide (I) according to the invention (in the 7
Regel > 0 bis 200 μm, vorzugsweise 0,1 bis 100 μm und besonders bevorzugt 0,2 bis 30 μm) durch in an sich bekannter Weise durchzuführendes Klassieren (z.B. Naß- oder Trockensiebung) abgetrennt werden.Rule> 0 to 200 μm, preferably 0.1 to 100 μm and particularly preferably 0.2 to 30 μm) by separation in a manner known per se (e.g. wet or dry sieving).
Eine bevorzugte Herstellweise von Oxometallaten B* der allgemeinen Formel CuιSbgHhOy besteht darin, Antimontrioxid und/oder Sb2θ4 in wäßrigem Medium mittels Wasserstoffperoxid zunächst in eine, vorzugsweise feinteilige, Sb (V) -Verbindung, z.B. Sb(V)-Oxid- hydroxidhydrat, überzuführen, die dabei resultierende wäßrige Suspension mit Cu-Carbonat (das z.B. die Zusammensetzung Cu (OH) 2C03 aufweisen kann) zu versetzen, das eingebrachte Cu- Carbonat durch Zusatz von Ammoniak (z.B. als wäßrige Lösung) zu lösen, die resultierende wäßrige Mischung zu trocknen, z.B. wie beschrieben sprühzutrocknen, und das erhaltene Pulver, gegebenenfalls nach anschließendem Verkneten mit Wasser und darauffolgendem Verstrangen und Trocknen, wie beschrieben zu calcinieren. Selbstredend kann der Zusatz des zum Lösen des Cu-Carbonats erforderlichen Ammoniak auch teilweise und/oder vollständig vor oder gemeinsam mit dem Einbringen des Cu-Carbonats erfolgen.A preferred method of producing oxometalates B * of the general formula CuιSb g H h O y consists in first dissolving antimony trioxide and / or Sb 2 θ 4 in an aqueous medium using hydrogen peroxide in a, preferably finely divided, Sb (V) compound, eg Sb (V ) Oxide hydroxide hydrate, to transfer the resulting aqueous suspension with Cu carbonate (which may have the composition Cu (OH) 2 CO 3 , for example), the introduced Cu carbonate by adding ammonia (for example as an aqueous solution) to solve, to dry the resulting aqueous mixture, for example spray-drying as described, and to calcine the powder obtained, if appropriate after subsequent kneading with water and subsequent extrusion and drying, as described. Of course, the ammonia required to dissolve the Cu carbonate can also be added partially and / or completely before or together with the introduction of the Cu carbonate.
Im Fall von von Oxometallaten B* verschiedenen Oxometallaten B erweist es sich als besonders günstig, von einer wäßrigen Anti- montrioxidsuspension auszugehen und darin die X6 - Elemente als Nitrat und/oder Acetat zu lösen, die resultierende wäßrige Mischung wie beschrieben sprühzutrocknen und dann das resultierende Pulver wie beschrieben zu calcinieren.In the case of oxometalates B different from oxometalates B *, it proves to be particularly advantageous to start from an aqueous antimony trioxide suspension and to dissolve the X 6 elements therein as nitrate and / or acetate, to spray-dry the resulting aqueous mixture as described and then to do so calcine the resulting powder as described.
In entsprechender Weise wird aus in gleicher Weise geeigneten Quellen der elementaren Konstituenten der Oxometallate A,In a corresponding manner, the elementary constituents of the oxometalates A,
Moi2 Xa X x Xd Se x| 0Xf Mo i2 X a X x Xd S e x | 0 Xf
ein feinteiliges inniges Trockengemisch erzeugt, das in der Regel jedoch nicht vorcalciniert wird (Ausgangsmasse 2) . Wird die Aus- gangsmasse 2 vorcalciniert, so erfolgt die Calcinierung zweckmäßig bei 150 bis 450°C (unter Inertgas oder Inertgas mit Sauerstoff, z.B. Luft).produces a finely divided, intimate dry mixture which, however, is usually not precalcined (starting mass 2). If the initial mass 2 is pre-calcined, the calcination is expediently carried out at 150 to 450 ° C (under inert gas or inert gas with oxygen, e.g. air).
Besonders geeignete Ausgangsverbindungen sind:Particularly suitable starting compounds are:
W Ammoniumparawolframat,W ammonium paratungstate,
Mo Ammoniumheptamolybdat,Mo ammonium heptamolybdate,
V Ammoniummetavanadat,V ammonium metavanadate,
P 70 bis 100 gew. -%ige, vorzugsweise 76 bis 85 gew. -%ige Phosphorsäure, 8P 70 to 100 wt. -%, preferably 76 to 85 wt. -% phosphoric acid, 8th
Sb: Senarmontit,Sb: Senarmontite,
S: Ammoniumsulfat,S: ammonium sulfate,
Re: Rheniumpentoxid oder Ammoniumperrhenat,Re: rhenium pentoxide or ammonium perrhenate,
B: Borsäure, As: Arsentrioxid,B: boric acid, As: arsenic trioxide,
Si: Wasserglas,Si: water glass,
Nb: Ammoniumnioboxalat oder Ammoniumniobat,Nb: ammonium nioboxalate or ammonium niobate,
Alkalimetalle: Alkalimetallnitrate,Alkali metals: alkali metal nitrates,
NH4: Ammoniumsulfat, -nitrat oder -carbonat, Bi: Wismutnitrat,NH 4 : ammonium sulfate, nitrate or carbonate, Bi: bismuth nitrate,
Cu: Kupfernitrat.Cu: copper nitrate.
Die Ausgangsmasse 1 und die Ausgangsmasse 2 werden anschließend im gewünschten Mengenverhältnis naß oder trocken miteinander vermischt (vorzugsweise trocken) , das Gemisch geformt und dann bei Temperaturen von 150 bis 450°C mehrere Stunden calciniert. Die Calcinierung kann unter Inertgas, aber auch unter einem Gemisch aus Inertgas und Sauerstoff wie z.B. Luft erfolgen. Das Formen des Gemisches aus der Ausgangsmasse 1 und der Ausgangsmasse 2 kann z.B. durch Verdichten (z.B. Tablettieren, Extrudieren oder Strangpressen) erfolgen, wobei Gleitmittel wie Graphit oder Stearinsäure sowie Formhilfsmittel und Verstärkungsmittel wie Mikrofasern aus Glas, Asbest, Siliciumcarbid oder Kaliumtitanat zugesetzt werden können. Im Falle von Vollkatalysatoren erfolgt das Verdichten unmittelbar zur gewünschten Katalysatorgeometrie, wobei als solche Hohlzylinder mit einem Außendurchmesser und einer Länge von 2 bis 10 mm und einer Wandstärke von 1 bis 3 mm bevorzugt werden. Ganz generell kann das Gemisch aus der Aus- gangsmasse 1 und der Ausgangsmasse 2 sowohl vor als auch nach dem Calcinieren geformt werden. Dies kann z.B. auch so erfolgen, daß man das Gemisch nach dem Calcinieren zerkleinert und auf inerte Träger zur Herstellung von Schalenkatalysatoren aufbringt. Das Aufbringen kann aber auch bereits vor der abschließenden Calcinierung erfolgen. In diesem Fall erfolgt das Aufbringen vor- zugsweise gemäß der EP-B 293 859. Selbstverständlich können die erfindungsgemäßen Multimetalloxidmassen (I) auch in Pulverform eingesetzt werden.The starting mass 1 and the starting mass 2 are then mixed with one another in the desired quantitative ratio, wet or dry (preferably dry), the mixture is shaped and then calcined at temperatures from 150 to 450 ° C. for several hours. The calcination can be carried out under inert gas, but also under a mixture of inert gas and oxygen, e.g. Air. Forming the mixture of starting mass 1 and starting mass 2 can e.g. by compression (e.g. tabletting, extrusion or extrusion), whereby lubricants such as graphite or stearic acid as well as molding aids and reinforcing agents such as microfibers made of glass, asbestos, silicon carbide or potassium titanate can be added. In the case of full catalysts, the compression takes place immediately to the desired catalyst geometry, hollow cylinders with an outer diameter and a length of 2 to 10 mm and a wall thickness of 1 to 3 mm being preferred as such. In general, the mixture of the starting mass 1 and the starting mass 2 can be formed both before and after the calcination. This can e.g. also be carried out in such a way that the mixture is comminuted after the calcination and applied to inert supports for the preparation of coated catalysts. The application can also take place before the final calcination. In this case, the application is preferably carried out in accordance with EP-B 293 859. Of course, the multimetal oxide compositions (I) according to the invention can also be used in powder form.
Die erfindungsgemäßen Multimetalloxidmassen (I) eignen sich ins - besondere als Katalysatoren mit erhöhter Selektivität bei vorgegebenem Umsatz und erhöhter Aktivität zur gasphasenkatalytisch oxidativen Herstellung von Methacrylsäure aus Methacrolein. 9The multimetal oxide compositions (I) according to the invention are particularly suitable as catalysts with increased selectivity for a given conversion and increased activity for the gas-phase catalytically oxidative production of methacrylic acid from methacrolein. 9
Die katalytische Gasphasenoxidation von Methacrolein zu Methacrylsäure unter Anwendung der erfindungsgemäßen Katalysatoren kann in an sich bekannter, z.B. in der DE-A 40 22 212 dargestellter, Weise erfolgen.The catalytic gas phase oxidation of methacrolein to methacrylic acid using the catalysts according to the invention can be carried out in a manner known per se, e.g. shown in DE-A 40 22 212, done.
Desgleichen gilt für die Abtrennung der Methacrylsäure aus dem Produktgasström. Das Oxidationsmittel Sauerstoff kann z.B. in Form von Luft, aber auch in reiner Form eingesetzt werden.The same applies to the separation of methacrylic acid from the product gas flow. The oxidizing agent oxygen can e.g. in the form of air, but also in pure form.
Aufgrund der hohen Reaktionswärme werden die Reaktionspartner vorzugsweise mit Inertgas wie N2, C02, gesättigten Kohlenwasserstoffen und/oder mit Wasserdampf verdünnt.Because of the high heat of reaction, the reactants are preferably diluted with inert gas such as N 2 , CO 2 , saturated hydrocarbons and / or with water vapor.
Vorzugsweise wird bei einem Methacrolein : Sauerstoff : Wasser- dampf : Inertgas Verhältnis von 1:(1 bis 3) : (2 bis 20) : (3 bis 30), besonders bevorzugt von 1:(1 bis 3) : (3 bis 10) : (7 bis 18) gearbeitet. Das eingesetzte Methacrolein kann auf verschiedene Weise erhalten worden sein, z.B. durch Gasphasenoxidation von Isobuten, tert. -Butanol oder dem Methylether von tert.- Butanol. Mit Vorteil wird Methacrolein eingesetzt, das durch Kondensation von Propanol mit Formaldehyd in Gegenwart von sekundären Aminen und Säuren in flüssiger Phase gemäß den in der DE- PS 875 114 oder in der DE-AS 28 55 514 beschriebenen Verfahren erhältlich ist. Die Gasphasenoxidation kann sowohl in Wirbel - schichtreaktoren als auch in Festbettreaktoren ausgeführt werden. Vorzugsweise wird sie in Rohrbündelreaktoren durchgeführt, in deren Röhren die Katalysatormasse, vorzugsweise in Gestalt zylindrisch geformter Partikel, fest angeordnet ist. Die Reaktionstemperatur beträgt in der Regel 250 bis 350°C, der Reaktionsdruck liegt üblicherweise im Bereich von 1 bis 3 bar und die Gesamtraumbelastung beträgt vorzugsweise 800 bis 1800 Nl/l/h. Unter diesen Bedingungen liegt der Methacroleinumsatz bei einfachem Reaktordurchgang üblicherweise bei 60 bis 90 mol-%. Interessanterweise behalten die erfindungsgemäßen Massen ihre Eigenschaften über eine erhöhte Betriebsdauer im wesentlichen unverändert bei .In the case of a methacrolein: oxygen: water vapor: inert gas ratio of 1: (1 to 3): (2 to 20): (3 to 30), particularly preferably 1: (1 to 3): (3 to 10 ): (7 to 18) worked. The methacrolein used can have been obtained in various ways, e.g. by gas phase oxidation of isobutene, tert. -Butanol or the methyl ether of tert-butanol. It is advantageous to use methacrolein, which can be obtained by condensation of propanol with formaldehyde in the presence of secondary amines and acids in the liquid phase in accordance with the processes described in DE-PS 875 114 or DE-AS 28 55 514. The gas phase oxidation can be carried out both in fluidized bed reactors and in fixed bed reactors. It is preferably carried out in tube bundle reactors in the tubes of which the catalyst mass, preferably in the form of cylindrically shaped particles, is fixedly arranged. The reaction temperature is usually 250 to 350 ° C, the reaction pressure is usually in the range of 1 to 3 bar and the total space load is preferably 800 to 1800 Nl / l / h. Under these conditions, the methacrolein conversion in a single reactor pass is usually 60 to 90 mol%. Interestingly, the compositions according to the invention retain their properties essentially unchanged over an extended period of operation.
Bei dem beschriebenen Verfahren wird üblicherweise jedoch nicht reine Methacrylsäure, sondern ein Produktgemisch erhalten, von welchem die Methacrylsäure nachfolgend abgetrennt werden muß.In the process described, however, it is usually not pure methacrylic acid that is obtained, but a product mixture from which the methacrylic acid must subsequently be separated.
Dies kann in an sich bekannter Weise erfolgen, z.B. indem man die Reaktionsgase nach indirekter und/oder direkter Kühlung bei Temperaturen von 40 bis 80°C mit Wasser wäscht, wobei eine wäßrige Methacrylsäurelösung erhalten wird, aus der die Methacrylsäure üblicherweise durch Extraktion mit einem organischen Lösungs - 10 mittel entfernt und von selbigem durch Destillation abgetrennt wird.This can be carried out in a manner known per se, for example by washing the reaction gases with water after indirect and / or direct cooling at from 40 to 80 ° C., an aqueous methacrylic acid solution being obtained from which the methacrylic acid is usually extracted by an organic Solution - 10 medium removed and separated from the same by distillation.
Neben der gasphasenkatalytischen Oxidation von Methacrolein zu Methacrylsäure vermögen die erfindungsgemäßen Massen I aber auch die gasphasenkatalytische Oxidation und Ammonoxidation von anderen gesättigten, ungesättigten und aromatischen Kohlenwasserstoffen, Alkoholen, Aldehyden und Aminen zu katalysieren.In addition to the gas phase catalytic oxidation of methacrolein to methacrylic acid, the compositions I according to the invention are also able to catalyze the gas phase catalytic oxidation and ammoxidation of other saturated, unsaturated and aromatic hydrocarbons, alcohols, aldehydes and amines.
Genannt sei insbesondere die gasphasenkatalytische Oxidation von anderen 3 bis 6 C-Atome aufweisenden Alkanen, Alkanolen, Alkanalen, Alkenen und Alkenolen (z.B. Propylen, Acrolein, tert.- Butanol, Methylether des tert. -Butanol, iso-Buten, iso-Butan oder iso-Butyraldehyd) zu olefinisch ungesättigten Aldehyden und/oder Carbonsäuren sowie den entsprechenden Nitrilen (Ammonoxidation, vor allem von Propen zu Acrylnitril und von iso-Buten bzw. tert.- Butanol zu Methacrylnitril) . Besonders hervorgehoben sei die Herstellung von Acrylsäure, Acrolein und Methacrolein, sowie die Oxidation von n-Butan zu Maleinsäureanhydrid und diejenige von Butadien zu Furan. Sie eignen sich aber auch zur oxidativen Dehydrierung organischer Verbindungen.The gas-phase catalytic oxidation of other alkanes, alkanols, alkanals, alkenes and alkenols (eg propylene, acrolein, tert-butanol, methyl ether of tert-butanol, isobutene, isobutane or isobutyraldehyde) to olefinically unsaturated aldehydes and / or carboxylic acids and the corresponding nitriles (ammoxidation, especially from propene to acrylonitrile and from isobutene or tert-butanol to methacrylonitrile). Particular emphasis should be given to the production of acrylic acid, acrolein and methacrolein, as well as the oxidation of n-butane to maleic anhydride and that of butadiene to furan. However, they are also suitable for the oxidative dehydrogenation of organic compounds.
Umsatz, Selektivität und Verweilzeit sind in dieser Schrift, falls nichts anderes erwähnt wird, wie folgt definiert:Unless otherwise stated, turnover, selectivity and retention time are defined in this document as follows:
τUiπmsr,a^ *t-zr, τUi a=„n — Molzahl umgesetztes Methacrolein x 100τUiπmsr, a ^ * t-zr, τUi a = "n - number of moles of converted methacrolein x 100
Methacrolein (%) Molzahl eingesetztes MethacroleinMethacrolein (%) number of moles of methacrolein used
Molzahl Methacrolein umgesetztMole number of methacrolein implemented
Selektivität S der (%) = zu Methacrylsäure χ 10Q Selectivity S der (%) = to methacrylic acid χ 10Q
Methacrylsäurebildung Molzahl Methacrolein insgesamt umgesetztMethacrylic acid formation Total number of moles of methacrolein implemented
mit Katalysator gefülltesfilled with catalyst
Leervolumen des Reaktors (1)Empty volume of the reactor (1)
Verweilzeit (sec) = x 3600 durchgesetzte Synthesegasmenge (Nl/h)Dwell time (sec) = x 3600 synthesis gas throughput (Nl / h)
BeispieleExamples
I) Herstellung von AusgangsmassenI) Production of starting materials
a) Herstellung einer Ausgangsmasse 2a) Production of a starting mass 2
Unter Rühren wurden in 6 1 auf 60 bis 65°C erwärmtem Wasser 1086 g ( H4)6 Mo02 * 4H20 gelöst. Anschließend wurden zu dieser Lösung 132,2 g einer 76 gew. -%igen wäßrigen 11With stirring, 1086 g of (H 4 ) 6 MoO 2 * 4H 2 0 were dissolved in 6 l of water heated to 60 to 65 ° C. Then 132.2 g of a 76 wt. -% aqueous 11
H3PO4-Lösung und daraufhin 61 g NHV03 zugegeben. Erhalten wurde eine wäßrige Lösung 1. Parallel wurden 199,9 g CsN03 in 600 ml Wasser gelöst und 104,4 g einer wäßrigen Kupfernitratlösung (15,5 Gew. -% Cu) mit 212 ml Wasser verdünnt und anschließend beide Lösungen in der genannten Reihenfolge zur Lösung 1 getropft (innerhalb von 20 min) . Das resultierende wäßrige Gemisch wurde bei einer Austrittstemperatur von 120°C sprühgetrocknet (Eingangstemperatur = 350°C) . Die resultierende Ausgangsmasse 2 wies die nachfolgende Stöchiometrie auf:H 3 PO 4 solution and then 61 g NHV0 3 added. An aqueous solution 1 was obtained. In parallel, 199.9 g of CsNO 3 were dissolved in 600 ml of water and 104.4 g of an aqueous copper nitrate solution (15.5% by weight of Cu) were diluted with 212 ml of water and then both solutions in the above Order of solution 1 dropped (within 20 min). The resulting aqueous mixture was spray-dried at an outlet temperature of 120 ° C. (inlet temperature = 350 ° C.). The resulting starting mass 2 had the following stoichiometry:
CSι,99CUo,5P2 θι2Vι,o2θχ.CSι, 99 CUo, 5P2 θι 2 Vι, o2θχ.
b) Herstellung einer Vergleichsausgangsmasse 1 (a)b) Preparation of a comparative starting mass 1 (a)
Unter Rühren wurden 880 g Sb203 mit einem Sb-Gehalt von 83 Gew. -% ( = 6 mol Sb) in 4 1 Wasser suspendiert. Anschließend wurde in die wäßrige Suspension eine Lösung von 724,8 g Cu(N03) * 3H20 (ö 3 mol Cu) in 4 1 Wasser zugegeben. Das resultierende wäßrige Gemisch wurde 2 h bei 80°C nachgerührt und dann sprühgetrocknet (Eingangstemperatur = 350°C, Ausgangstemperatur = 110°C) .With stirring, 880 g of Sb 2 0 3 with an Sb content of 83% by weight (= 6 mol Sb) were suspended in 4 1 of water. A solution of 724.8 g of Cu (N0 3 ) * 3H 2 0 (3 3 mol Cu) in 4 l of water was then added to the aqueous suspension. The resulting aqueous mixture was stirred at 80 ° C. for 2 h and then spray-dried (inlet temperature = 350 ° C., outlet temperature = 110 ° C.).
In einem Drehrohrofen (Innenvolumen = 1 1) wurden ca. 150 g des erhaltenen Sprühpulvers unter Durchleiten von 20 Nl/hAbout 150 g of the spray powder obtained were passed through 20 Nl / h in a rotary tube oven (internal volume = 1 1)
Luft stufenweise zunächst innerhalb von 1 h auf 150°C, dann innerhalb von 4 h auf 200°C, anschließend innerhalb von 2 h auf 300°C und abschließend innerhalb von 2 h auf 400°C aufgeheizt. Danach wurde das Pulver unter Durchleiten von 20 Nl/h Luft innerhalb von 48 h auf 900°C aufgeheizt und abschließend auf Raumtemperatur abgekühlt. Die resultierende Vergleichs - ausgangsmasse wies die Stöchiometrie CuSb2Og auf .Air is gradually heated up to 150 ° C within 1 h, then to 200 ° C within 4 h, then to 300 ° C within 2 h and finally to 400 ° C within 2 h. The powder was then heated to 900 ° C. in the course of 48 h while passing 20 l / h of air and finally cooled to room temperature. The resulting comparison starting mass had the stoichiometry CuSb 2 Og.
c) Herstellung einer Ausgangsmasse l(a)c) Preparation of a starting mass l (a)
Unter Rühren wurden 880 g Sb203 mit einem Sb-Gehalt von 83-Gew.% { = 6 mol Sb) in 4 1 Wasser suspendiert. Anschließend wurden bei 25°C in die wäßrige Suspension 765 g einer 30 gew. -%igen wäßrigen H20 Lösung (= 6,75 mol H20 ) hinzu- gegeben. Dann wurde das wäßrige Gemisch unter Rühren innerhalb von 1 h auf 100°C aufgeheizt und bei dieser Temperatur 5 h unter Rückfluß gerührt. Anschließend wurde der wäßrigen Suspension innerhalb von 30 min eine Lösung von 724,8 g Cu(N03)2*3 H20 (= 3 mol Cu) in 4 1 Wasser zugegeben, wobei sich die Temperatur der Suspension auf 60°C erniedrigte. Bei dieser Temperatur wurden anschließend 407,9 g einer wäßrigen Ammoniaklösung (25 Gew. -% NH3, = 6 mol NH3) zugegeben. Dann 12 wurde die wäßrige Suspension 2 h bei 80°C nachgerührt und danach auf 25°C abgekühlt. Abschließend wurde die wäßrige Suspension sprühgetrocknet (Eingangstemperatur = 350°C, Ausgangstemperatur = 110°C) . In einem Drehrohrofen (Innenvolumen = 1 1) wurden ca. 150 g des erhaltenen Sprühpulvers unter Durchleiten von 20 Nl/h Luft stufenweise zunächst innerhalb von 1 h auf 150°C, dann innerhalb von 4 h auf 200°C, anschließend innerhalb von 2 h auf 300°C und abschließend innerhalb von 2 h auf 800°C aufge- heizt. Die letztere Temperatur wurde 2 h aufrechterhalten und dann auf Raumtemperatur abgekühlt. Die resultierende Vergleichsausgangsmasse wies die Stöchiometrie CuSb206 auf.With stirring, 880 g of Sb 2 0 3 with an Sb content of 83% by weight (= 6 mol Sb) were suspended in 4 1 of water. Then 765 g of a 30 wt. -% aqueous H 2 0 solution (= 6.75 mol H 2 0) added. The aqueous mixture was then heated to 100 ° C. in the course of 1 h and stirred at this temperature for 5 h under reflux. A solution of 724.8 g of Cu (N0 3 ) 2 * 3 H 2 0 (= 3 mol of Cu) in 4 l of water was then added to the aqueous suspension over the course of 30 minutes, the temperature of the suspension dropping to 60 ° C. . 407.9 g of an aqueous ammonia solution (25% by weight of NH 3 = 6 mol of NH 3 ) were then added at this temperature. Then 12, the aqueous suspension was stirred at 80 ° C. for 2 h and then cooled to 25 ° C. Finally, the aqueous suspension was spray dried (inlet temperature = 350 ° C, outlet temperature = 110 ° C). In a rotary kiln (internal volume = 1 1), approx. 150 g of the spray powder obtained was passed in stages while passing 20 Nl / h of air first to 150 ° C. within 1 h, then to 200 ° C. within 4 h, then within 2 h to 300 ° C and finally heated to 800 ° C within 2 h. The latter temperature was maintained for 2 hours and then cooled to room temperature. The resulting comparison starting mass had the stoichiometry CuSb 2 0 6 .
d) Herstellung einer Vergleichsausgangsmasse 1 (b) Wie die Herstellung der Ausgangsmasse l(a), jedoch ohne Mitverwendung von H0 .d) Production of a comparative starting mass 1 (b) Like the production of the starting mass 1 (a), but without the use of H0.
e) Herstellung einer Ausgangsmasse l(b)e) production of a starting mass l (b)
Unter Rühren wurden 880 g Sb2θ3 mit einem Sb-Gehalt vonWith stirring, 880 g of Sb 2 θ 3 with an Sb content of
83-Gew.% (=6 mol Sb) in 4 1 Wasser suspendiert. Anschließend wurden bei 25°C in die wäßrige Suspension 765 g einer 30 gew. -%igen wäßrigen H202 Lösung (= 6,75 mol H202) hinzugegeben. Dann wurde das wäßrige Gemisch unter Rühren inner- halb von 1 h auf 100°C aufgeheizt und bei dieser Temperatur 5 h unter Rückfluß gerührt. Anschließend wurde der wäßrigen Suspension innerhalb von 30 min eine Lösung von 595,6 g Cu(CH3C00)2*H20 (Cu-Gehalt = 32 Gew. -%) (Ä 3 mol Cu) ) in 4 1 Wasser zugegeben, wobei sich die Temperatur der Suspension auf 60°C erniedrigte. Bei dieser Temperatur wurden anschließend 407,9 g einer wäßrigen Ammoniaklösung (25 Gew. -% NH3 , = 6 mol NH3) zugegeben. Dann wurde die wäßrige Suspension 2 h bei 80°C nachgerührt und danach auf 25°C abgekühlt. Abschließend wurde die wäßrige Suspension sprüh- getrocknet (Eingangstemperatur = 350°C, Ausgangstemperatur = 110°C) .83% by weight (= 6 mol Sb) suspended in 4 l of water. Then 765 g of a 30 wt. -% aqueous H 2 0 2 solution (= 6.75 mol H 2 0 2 ) added. The aqueous mixture was then heated to 100 ° C. in the course of 1 hour with stirring and stirred at this temperature for 5 hours under reflux. A solution of 595.6 g of Cu (CH 3 C00) 2 * H 2 O (Cu content = 32% by weight) (Ä 3 mol Cu)) in 4 l of water was then added to the aqueous suspension within 30 minutes , the temperature of the suspension dropping to 60 ° C. 407.9 g of an aqueous ammonia solution (25% by weight of NH 3 = 6 mol of NH 3 ) were then added at this temperature. The aqueous suspension was then stirred at 80 ° C. for 2 h and then cooled to 25 ° C. Finally, the aqueous suspension was spray-dried (inlet temperature = 350 ° C, outlet temperature = 110 ° C).
In einem Drehrohrofen (Innenvolumen = 1 1) wurden ca. 150 g des erhaltenen Sprühpulvers unter Durchleiten von 20 Nl/h Luft stufenweise zunächst innerhalb von 1 h auf 150°C, dann innerhalb von 4 h auf 200°C, anschließend innerhalb von 2 h auf 300°C und abschließend innerhalb von 2 h auf 800°C aufgeheizt. Die letztere Temperatur wurde 2 h aufrechterhalten und dann auf Raumtemperatur abgekühlt. Die resultierende Vergleichsausgangsmasse wies die Stöchiometrie CuSb2θ6 auf. 13In a rotary kiln (internal volume = 1 1), approx. 150 g of the spray powder obtained was passed in stages while passing 20 Nl / h of air first to 150 ° C. within 1 h, then to 200 ° C. within 4 h, then within 2 h to 300 ° C and finally heated to 800 ° C within 2 h. The latter temperature was maintained for 2 hours and then cooled to room temperature. The resulting reference mass had the stoichiometry CuSb 2 θ 6 . 13
II) Herstellung von MultimetalloxidkatalysatorenII) Manufacture of multimetal oxide catalysts
a) Vergleichskatalysator 1a) Comparative catalyst 1
Die Ausgangsmasse 2 wurde mit 2 Gew. -% Graphit gemischt und zu Hohlzylindern (7 mm x 5 mm x 3 mm = Länge x Außendurchmesser x Innendurchmesser) tablettiert. In einem luftdurchströmten Umluftofen wurden die Hohlzylinder wie folgt calciniert (500 Nl/h Luft pro kg Hohlzylinder) : Zunächst wurde von 25°C ausgehend mit einer Heizrate von 4°C/h auf 270°C aufgeheizt. Dann wurde die Temperatur mit einer Heizrate von 2°C/h auf 400°C erhöht und diese Temperatur während 5 h aufrechterhalten.The starting mass 2 was mixed with 2% by weight of graphite and tabletted into hollow cylinders (7 mm × 5 mm × 3 mm = length × outer diameter × inner diameter). The hollow cylinders were calcined in an air-circulating air oven as follows (500 Nl / h air per kg hollow cylinder): First, starting from 25 ° C, the heating rate was 4 ° C / h to 270 ° C. The temperature was then increased to 400 ° C. at a heating rate of 2 ° C./h and this temperature was maintained for 5 hours.
b) Vergleichskatalysator 2b) Comparative catalyst 2
617,2 g der Ausgangsmasse 2 wurden mit 54 g der Vergleichs - ausgangsmasse l(a) gemischt. Anschließend wurden 2 Gew. -% Graphit zugegeben und die resultierende Masse zu Hohl- Zylindern (7 mm x 5 mm x 3 mm = Länge x Außendurchmesser x Innendurchmesser) tablettiert. Diese wurden wie unter Ha) calciniert.617.2 g of starting mass 2 were mixed with 54 g of comparative starting mass 1 (a). Then 2% by weight of graphite was added and the resulting mass was tableted into hollow cylinders (7 mm × 5 mm × 3 mm = length × outer diameter × inner diameter). These were calcined as under Ha).
c) Erfindungsgemäßer Multimetalloxidkatalysator a)c) Multi-metal oxide catalyst according to the invention a)
Wie Ilb) , anstelle der Vergleichsausgangsmasse 1 (a) wurden jedoch 54 g der Ausgangsmasse l(a) eingesetzt.Like Ilb), but 54 g of the starting mass 1 (a) were used instead of the comparative starting mass 1 (a).
d) Vergleichskatalysator 3d) Comparative catalyst 3
Wie Ilb) , anstelle der Vergleichsausgangsmasse 1 (a) wurden jedoch 54 g der Vergleichsausgangsmasse 1 (b) eingesetzt.Like Ilb), but 54 g of comparative starting mass 1 (b) were used instead of comparative starting mass 1 (a).
e) Erfindungsgemäßer Multimetalloxidkatalysator b)e) Multi-metal oxide catalyst b)
Wie Ilb) , anstelle der Vergleichsausgangsmasse 1 (a) wurden jedoch 54 g der Ausgangsmasse 1 (b) eingesetzt.Like Ilb), but 54 g of starting mass 1 (b) were used instead of comparative starting mass 1 (a).
III) Verwendung der Multimetalloxidkatalysatoren aus II) für die Gasphasenoxidation von Methacrolein zu MethacrylsäureIII) Use of the multimetal oxide catalysts from II) for the gas phase oxidation of methacrolein to methacrylic acid
Die Katalysatoren wurden in einen Rohrreaktor gefüllt (10 mm Innendurchmesser, 75 g Katalysatorschüttung, Salzbadtemperierung) und bei Reaktionstemperaturen im Bereich von 290 bis 310°C unter Anwendung einer Verweilzeit von 3,6 Sekunden mit einem gasförmigen Gemisch der Zusammensetzung 14The catalysts were placed in a tubular reactor (10 mm inside diameter, 75 g catalyst bed, salt bath temperature) and at reaction temperatures in the range from 290 to 310 ° C. using a residence time of 3.6 seconds with a gaseous mixture of the composition 14
5 Vol.-% Methacrolein, 10 Vol.-% Sauerstoff, 30 Vol.-% Wasserdampf und 55 Vol.-% Stickstoff5% by volume methacrolein, 10% by volume oxygen, 30% by volume water vapor and 55% by volume nitrogen
beschickt. Die Salzbadtemperatur wurde im wesentlichen in allen Fällen so eingestellt, daß ein einheitlicher Meth- acroleinumsatz U von ca. 63,0 % resultierte. Eine geringere Salzbadtemperatur weist eine erhöhte Katalysatoraktivität aus. Das aus dem Rohrreaktor strömende Produktgasgemisch wurde gaschromatographisch analysiert. Die Ergebnisse für die Selektivität S der Methacrylsäurebildung in Anwendung der verschiedenen Katalysatoren zeigt die nachfolgende Tabelle.loaded. The salt bath temperature was adjusted in all cases so that a uniform methacrylic acid conversion U of about 63.0% resulted. A lower salt bath temperature shows an increased catalyst activity. The product gas mixture flowing out of the tubular reactor was analyzed by gas chromatography. The results for the selectivity S of methacrylic acid formation using the various catalysts are shown in the table below.
Tabelletable
SalzbadU(mol-%) S(mol-%) temperatur (°C)Salt bath U (mol%) S (mol%) temperature (° C)
Vergleichs - 308 61,5 80,3 katalysator 1Comparative - 308 61.5 80.3 catalyst 1
Vergleichs - 299 64,0 83,2 katalysator 2Comparative - 299 64.0 83.2 catalyst 2
Erfindungs- 293 63,1 88,4 ge äßer Katalysator a)Invention catalyst 293 63.1 88.4 a)
Vergleichs - 298 64,0 81,0 katalysator 3Comparative - 298 64.0 81.0 catalyst 3
Erfindungs- 292 63,7 89,1 gemäßer Katalysator b)
Figure imgf000016_0001
Invention 292 63.7 89.1 catalyst b)
Figure imgf000016_0001

Claims

15Patentansprüche 15 patent claims
1. Multimetalloxidmassen der allgemeinen Formel I1. Multimetal oxide compositions of the general formula I
[A]p [B]q (I),[A] p [B] q (I),
in der die Variablen nachfolgende Bedeutung haben:in which the variables have the following meaning:
A = Mθχ Xa b c Xd Se Xf Ox,A = Mθχ Xa bc Xd S e Xf O x ,
B = Xi Sbg Hh Oy,B = Xi Sbg H h O y ,
X1 = Phosphor, Arsen, Bor, Germanium, und/oder Silicium,X 1 = phosphorus, arsenic, boron, germanium, and / or silicon,
X2 = Vanadium, Niob, Wolfram, Rhenium und/oder Rhodium,X 2 = vanadium, niobium, tungsten, rhenium and / or rhodium,
X3 = Lithium, Natrium, Kalium, Rubidium, Caesium, Silber und/oder Kupfer,X 3 = lithium, sodium, potassium, rubidium, cesium, silver and / or copper,
X4 = Antimon und/oder Wismut,X 4 = antimony and / or bismuth,
X5 = Wasserstoff und/oder NH4®,X 5 = hydrogen and / or NH 4 ®,
X6 = Kupfer, Zink, Kobalt, Eisen, Cadmium, Mangan, Magnesium, Calcium, Strontium und/oder Barium,X 6 = copper, zinc, cobalt, iron, cadmium, manganese, magnesium, calcium, strontium and / or barium,
a = 1 bis 6,a = 1 to 6,
b = 0 bis 6,b = 0 to 6,
c = 0 bis 5,c = 0 to 5,
d = 0 bis 6,d = 0 to 6,
e = 0 bis 3,e = 0 to 3,
f = 0 bis 20,f = 0 to 20,
g = 0,1 bis 50,g = 0.1 to 50,
h = 0 bis 50, 16 x,y = Zahlen, die durch die Wertigkeit und Häufigkeit der von Sauerstoff verschiedenen Elemente in (I) bestimmt werden undh = 0 to 50, 16 x, y = numbers determined by the valency and frequency of the elements other than oxygen in (I) and
p,q = von Null verschiedene Zahlen, deren Verhältnis p/q 1:0,01 bis 1:5 beträgt,p, q = non-zero numbers whose ratio p / q is 1: 0.01 to 1: 5,
die den Anteil [A]p in Form dreidimensional ausge- dehnter Bereiche A der chemischen Zusammensetzungthat the portion [A] p in the form of three-dimensionally extended areas A of the chemical composition
A : Mθi2 Xa Xb Xc X Se Xf Ox A: Mθ i2 X a Xb Xc XS e Xf O x
und den Anteil [B] q in Form dreidimensional ausgedehnter Bereiche B der chemischen Zusammensetzungand the proportion [B] q in the form of three-dimensionally extended regions B of the chemical composition
B Xi Sbg Hh OyB Xi Sbg H h Oy
enthalten, wobei die Bereiche A, B relativ zueinander wie in einem feinteiligem Gemisch aus A und B verteilt sind,contain, areas A, B being distributed relative to one another as in a finely divided mixture of A and B,
mit der Maßgabe, daß zur Herstellung der Multimetalloxidmassen (I) wenigstens ein getrennt vorgebildetes Oxometallat B,with the proviso that to produce the multimetal oxide compositions (I) at least one separately preformed oxometalate B,
Xi Sbg Hh Oy,Xi Sbg H h Oy,
mitverwendet wird, das dadurch erhältlich ist, daß man von Quellen der elementaren Konstituenten des Oxometallats B, die wenigsten einen Teil des Antimons in der Oxidationsstufe + 5 enthalten, ein Trockengemisch herstellt und dieses bei Temperaturen von 200 bis 1200°C calciniert.is used, which is obtainable by preparing a dry mixture from sources of the elemental constituents of oxometalate B, which contain at least part of the antimony in the oxidation state + 5, and calcining this at temperatures from 200 to 1200 ° C.
2. Verfahren zur Herstellung von Multimetalloxidmassen gemäß Anspruch 1, bei dem man ein Oxometallat B,2. A process for the preparation of multimetal oxide compositions according to claim 1, in which an oxometalate B,
Xl Sbg Hh Oy,X l Sb g H h Oy,
in feinteiliger Form vorbildet und anschließend mit Quellen der elementaren Konstituenten der Multimetalloxidmasse A, 17preformed in finely divided form and then with sources of the elementary constituents of the multimetal oxide mass A, 17
MO12 Xa1 Xb c Xd Se Xf Ox,MO12 Xa 1 Xb c Xd S e Xf O x ,
im gewünschten Mengenverhältnis zu einem Trockengemisch ver- arbeitet und dieses bei einer Temperatur von 150 bis 450°C calciniert, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens eine Teilmenge des Oxometallats B dadurch erhältlich ist, daß man von Quellen der elementaren Konstituenten des Oxometallats B, die wenigstens einen Teil des Antimons in der Oxidationsstufe +5 enthalten, ein Trockengemisch herstellt und dieses bei Temperaturen von 200 bis 1200°C calciniert.processed in the desired ratio to a dry mixture and calcined at a temperature of 150 to 450 ° C, characterized in that at least a portion of the oxometalate B can be obtained by using sources of the elemental constituents of the oxometalate B, the at least one Part of the antimony in the oxidation level +5, produces a dry mixture and calcined it at temperatures from 200 to 1200 ° C.
3. Verfahren der gasphasenkatalytisch oxidativen Herstellung von Methacrylsäure aus Methacrolein, dadurch gekennzeichnet, daß als Katalysator ein Multimetalloxid gemäß Anspruch 1 verwendet wird. 3. Process of the gas-phase catalytic oxidative production of methacrylic acid from methacrolein, characterized in that a multimetal oxide according to claim 1 is used as the catalyst.
PCT/EP1999/002082 1998-04-06 1999-03-26 Multi-metal oxide compounds WO1999051338A1 (en)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE19815279A DE19815279A1 (en) 1998-04-06 1998-04-06 Multimetal oxide materials
DE19815279.5 1998-04-06

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO1999051338A1 true WO1999051338A1 (en) 1999-10-14

Family

ID=7863689

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/EP1999/002082 WO1999051338A1 (en) 1998-04-06 1999-03-26 Multi-metal oxide compounds

Country Status (2)

Country Link
DE (1) DE19815279A1 (en)
WO (1) WO1999051338A1 (en)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE10101695A1 (en) 2001-01-15 2002-07-18 Basf Ag Heterogeneous catalyzed gas phase production of (meth)acrolein and/or meth(acrylic acid) using mixed oxide catalyst formed into geometrically shaped article of specific geometric characteristics

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4547484A (en) * 1984-04-09 1985-10-15 Monsanto Company Method of preparing a catalyst for the oxidation and ammoxidation of olefins
EP0404529A1 (en) * 1989-06-23 1990-12-27 Nitto Chemical Industry Co., Ltd. Process for preparing iron-antimony-phosphorus-containing metal oxide catalysts for oxidation
EP0486291A1 (en) * 1990-11-14 1992-05-20 MITSUI TOATSU CHEMICALS, Inc. Catalyst for oxidizing methacrolein and method for preparing methacrylic acid
EP0668102A1 (en) * 1994-02-17 1995-08-23 BASF Aktiengesellschaft Multimetal oxide masses
EP0668103A1 (en) * 1994-02-17 1995-08-23 BASF Aktiengesellschaft Multimetal oxide masses
US5693587A (en) * 1995-06-06 1997-12-02 The Standard Oil Company Method for preparing vanadium antimony oxide based oxidation and ammoxidation catalysts

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4547484A (en) * 1984-04-09 1985-10-15 Monsanto Company Method of preparing a catalyst for the oxidation and ammoxidation of olefins
EP0404529A1 (en) * 1989-06-23 1990-12-27 Nitto Chemical Industry Co., Ltd. Process for preparing iron-antimony-phosphorus-containing metal oxide catalysts for oxidation
EP0486291A1 (en) * 1990-11-14 1992-05-20 MITSUI TOATSU CHEMICALS, Inc. Catalyst for oxidizing methacrolein and method for preparing methacrylic acid
EP0668102A1 (en) * 1994-02-17 1995-08-23 BASF Aktiengesellschaft Multimetal oxide masses
EP0668103A1 (en) * 1994-02-17 1995-08-23 BASF Aktiengesellschaft Multimetal oxide masses
US5693587A (en) * 1995-06-06 1997-12-02 The Standard Oil Company Method for preparing vanadium antimony oxide based oxidation and ammoxidation catalysts

Also Published As

Publication number Publication date
DE19815279A1 (en) 1999-10-07

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP0669164B1 (en) Multimetal oxide masses
DE3338380C2 (en)
EP0724481B1 (en) METHOD FOR THE PRODUCTION OF CATALYTICALLY ACTIVE MULTI-METAL OXIDE COMPOSITIONS CONTAINING THE ELEMENTS V AND Mo IN OXIDE FORM AS THEIR MAIN COMPONENTS
EP0756894B1 (en) Multimetal oxide masses
EP0668104B1 (en) Multimetal oxide masses
EP0668103B1 (en) Multimetal oxide masses
EP1159247A1 (en) Method for the catalytic gas phase oxidation of propene into acrylic acid
EP0467144A1 (en) Masses with the general formula
WO2001036364A1 (en) Method for carrying out the catalytic gas phase oxidation of propene to form acrylic acid
EP1663488A1 (en) Method for the production of annular-shaped super catalysts
DE102007004961A1 (en) Preparing a catalyst molded body, useful e.g. to prepare catalyst for gas phase partial oxidation of an organic compound, comprises molding a precursor mixture to a desired geometry, using graphite, and thermally treating the molded body
DE2460541A1 (en) METHACRYLIC ACID MANUFACTURING METHOD
DE102005037678A1 (en) Preparing catalyst mold containing multi-element oxide, useful in heterogeneous catalyst gas phase reaction, comprises molding a fine particulate precursor mixture containing an additive and thermally treating the product
WO2002024327A1 (en) Method for producing multiple-phase multi-metal oxide materials
EP1069948B1 (en) Multi-metal oxide materials with a two-phase structure
EP0668102B1 (en) Multimetal oxide masses
WO1999051343A1 (en) Multi-metal oxide compounds
DE10344149A1 (en) Production of ring-shaped solid mixed oxide catalysts, useful for the gas phase oxidation of propene, isobutene or tert-butanol to acrolein or methacrolein, comprises thermal treatment to give a specific lateral compressive strength
DE10360057A1 (en) Heat treating catalyst precursor in rotary kiln through which gas stream is passed, e.g. to produce catalyst for acrylic acid production, comprises recirculating at least part of gas stream
WO1999008788A1 (en) Method for producing multi-metal oxide masses containing mo, v and cu
DE19736105A1 (en) Multi-metal oxide catalyst for gas-phase oxidation of acrolein
WO1999051342A1 (en) Multi-metal oxide compounds with a two-phase structure
DE4329907A1 (en) Multimetal oxide compositions containing at least the elements antimony and phosphorus and additionally at least one of the two elements Mo, W
WO1999051338A1 (en) Multi-metal oxide compounds
DE10121592A1 (en) Production of acrolein or acrylic acid involves absorption of propane and propene from a gas mixture followed by desorption and oxidation, with no catalytic dehydrogenation of propane and no added oxygen

Legal Events

Date Code Title Description
AK Designated states

Kind code of ref document: A1

Designated state(s): CA CN CZ JP US

AL Designated countries for regional patents

Kind code of ref document: A1

Designated state(s): AT BE CH CY DE DK ES FI FR GB GR IE IT LU MC NL PT SE

121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application
DFPE Request for preliminary examination filed prior to expiration of 19th month from priority date (pct application filed before 20040101)
122 Ep: pct application non-entry in european phase
NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: CA